thumb|right|Un tròç de carbon, combustible fossil pus utilizat dempuei la Revolucion industriala.
Lei combustibles fossils (ò combustibles mineraus) son de combustibles eissits de la transformacion de matèrias organicas dins de condicions anaeròbias. Fòrça lent, aqueu procès implica de transformacions liadas ai condicions de pression e de temperatura que s'observan dins lei jaç prefonds que la crosta terrèstra. Entraïna la formacion de compausats idrogenocarbonats que pòdon èsser utilizats coma fònt d'energia ò coma precursor en sintèsi organica. Lei tres principaus son lo carbon, lo petròli e lo gas naturau.
Aguent un poder calorific important, aquelei produchs son principalament utilizats per la produccion d'energia electrica ò per fabricar de carburants. Ansin, la Revolucion industriala a entraïnat un desvolopament considerable de sa produccion e de sa consumacion e, maugrat l'aparicion de solucions alternativas coma lo nuclear, èran encara a l'origina de 85% de l'energia producha per l'umanitat a la fin deis ans 2010. Dins aquò, aquel usatge massís a de consequéncias importantas sus l'environament car lei combustibles son una fònt importanta de polluents. En particular, son venguts la causa premiera de la pollucion atmosferica urbana e lo factor major dau rescaufament climatic.
Descripcion
Mecanisme de formacion dei combustibles fossils
La formacion dei combustibles fossils es la consequéncia d'un procès de descomposicion de matèrias organicas dins de condicions anaeròbias. D'efiech, aqueu procès entraïna la formacion de querogèn, una substància organica sedimentària que sa pirolisi es a l'origina dirècta de la formacion deis idrocarburs presents dins la crosta terrèstra.
La descomposicion de la biomassa
Lei combustibles fossils son eissits de matèrias organicas mòrtas que subisson un procès particular de descomposicion. D'efiech, dins la màger part dei cas, la biomassa es rapidament descompausada per l'activitat microbiologica per formar de nutriments, d'aiga ò de gas. En particular, dins de condicions aeròbias – es a dire se lo dioxigèn pòu circular liurament – totei lei cadenas carbonadas dei teissuts vivents son transformadas en dioxid de carbòni (CO2). Se parla alora d'un procès de « mineralizacion complèta » de la matèria organica.
Pasmens, dins certaneis estendudas d'aiga suavas (oceans, lacs, paluns...), la matèria organica en cors de descomposicion pòu se trobar expausadas a de condicions anaeròbias, es a dire un mitan onte se tròba ges de dioxigèn. Per exemple, es lo cas dins de paluns onte la sedimentacion es rapida entraïnant l'aclapament rapid deis organismes mòrts. Dins una tala situacion, la mineralizacion de la matèria organica s'arresta quand la quantitat de dioxigèn inicialament presenta es totalament consumada. Lo procès de descomposicion contunia mai es d'ara endavant menat per d'autrei microorganismes a l'origina de reaccions quimicas diferentas.
La formacion dau querogèn e sa pirolisi
En l'abséncia de dioxigèn dins un jaç sedimentari contenent de matèrias organicas, la descomposicion es unicament assegurada per de bacterias anaeròbias. Per subreviure, aquelei bacterias extrason l'oxigèn e l'azòt de la matèria organica laissant un residú, dich querogèn, qu'es majoritàriament format de l'esquelèta idrogenocarbonada dei teissuts organics. Lent, aqueu procès se debana dins la crosta terrèstra a de prefondors de plusors miliers de mètres.
Après sa formacion, se la tectonica dei placas entraïna l'enfonsament de jaç contenent de quantitats importantas de querogèn, aquela substància pòu èsser somesa a de condicions de pressions e de temperaturas fòrça autas. Dins lo corrent d'aquela davalada, l'aiga es pauc a pauc expulsada dei sediments entraïnant la formacion d'una ròca mesclant lo querogèn e de substàncias mineralas. Puei, quand una prefondor de plusors miliers de mètres amb una temperatura situada entre 50° e 120°C es agantada, lo querogèn es susceptible de subir una pirolisi qu'entraïna sa descomposicion en moleculas pus simplas (constituents dei combustibles fossils, aiga, dioxid de carbòni...). La prefondor e la temperatura an un ròtle important dins aqueu procès. Per exemple, la formacion de petròli es maximala entre - e - m. Aquela de gas naturau es preponderanta en dessota de - m.
La formacion dei jaciments
La transformacion dau querogèn en idrocarburs es un fenomèn que s'observa dins la màger part dei jaç sedimentaris. Pasmens, i es sovent fòrça minoritari. La formacion de jaciments de combustibles fossils necessita donc de condicions especificas. Cinc cas principaus existisson.
Lo premier regarda lei sediments onte lo querogèn es lo produch majoritari. Una tala situacion arriba generalament quand lo combustible se fòrma a partir de vegetaus « superiors » (aubres, feuses, consòudas...). La premiera etapa de la sedimentacion es la formacion de torba a partir d'acumulacions de vegetaus dins un mitan saturat d'aiga. Aqueu procès dura quauquei miliers d'ans e tèn una plaça particulara dins lei combustibles fossils que sa formacion necessita normalament plusors desenaus de milions d'ans.
L'aclapament de la torba e sa pirolisi menan a l'aparicion de lignit, de carbon de tèrra e d'antracita qu'es una forma de carbòni quasi puraEn causa d'aqueleis etapas successivas de pirolisi, lei venas d'antracitas son generalament pus prefondas qu'aquelei de lignit ò de carbon de tèrra.. D'un biais minoritari, aquela pirolosi entraïna tanben la formacion de petròli e de gas naturau. Aqueu darrier, que sa concentracion vèn significativa a partir de la transformacion en carbon de tèrra, es dich grisó. Constituís un perilh mortau per lei minaires car pòu causar d'explosions.
Quand lo querogèn es minoritari dins lo depaus sedimentari, lo querogèn a tendància de se transformar en petròli. En causa de la pression, es expulsat en fòra de son jaç geologica d'origina e migra vèrs lei zònas de pression pus febla. A donc tendància de montar vèrs la superficia. Es imitat per l'aiga. Se durant sa remontada, aquelei substàncias son arrestadas per un jaç impermeable, pòdon formar un jaciment onte lo petròli subronda l'aiga.
La formacion de gas naturau a generalament luòc quand un jaciment de petròli s'enfonsa mai dins lei prefondors de la Tèrra. En causa de l'aumentacion de la temperatura, lo petròli subís una segonda reaccion de pirolisi que mena a l'aparicion de gas naturau e de betum (ò asfalt)En causa d'aquela migracion segondària dau jaciment vèrs lei prefondors, lei jaciments de gas son generalament pus prefonds que lei jaciments de petròli.. Se lo jaç estanc pòu empedir la pèrda de gas, aquò entraïna l'aparicion d'un jaciment de gas. Dins lo cas contrari, demòra unicament una mescla de betum e de petròli.
Leis arenas bituminosas correspondon ais endrechs onte lo petròli es pas estat arrestat per un jaç impermeable e es arribat a proximitat de la superficia. Dins aqueu cas, la preséncia de dioxigèn permet a de bacterias de tornar començar sa descomposicion. Aquò laissa generalament de betums e d'autreis idrocarburs pesucs amb una fraccion residuala mai ò mens importanta de petròli.
Lei sistres bituminós son una mescla de ròcas e de querogèn non pirolisat. Es donc un combustible fossil arrestat a un estadi « avans lo petròli ». Es possible de realizar sa pirolisi per produrre dau petròli dins una usina mai lo bilanç energetic es generalament negatiu. A l'ora d'ara, es donc un procès industriau fòrça rar qu'es utilizat dins certanei país per de rasons d'independéncia energetica ò de dificultats per s'avitalhar en petròli convencionau.
Combustibles fossils principaus
Lo carbon
Lo carbon es una ròca sedimentària de color negra ò marron sorn. N'existís diferentei qualitats que son definidas per son taus de carbòni : torba (mens de 50%), lignit (50-60%), carbon de tèrra (60-90%) e antracita (mai de 93%). Son poder calorific aumenta amb aquela concentracion.
Esplechat dempuei lo periòde medievau en ChinaL'explorator venecian Marco Polo (1254-1324) depintèt son utilizacion per coire d'aliments., la descubèrta de sei proprietats combustiblas permetèt la Revolucion Industriala dau sègle XIX. Uei, es principalament utilizat per la produccion d'electricitat, per lo caufatge individuau e dins la siderurgia per la fabricacion de còc.
ProduchsTaus de carbòni(en %)Poder calorific(en kJ/kg)Antracita93 - 97 - Carbon maigre e carbon de tèrra antracitós90 - 9334 900 - 36 000Carbon mieg gras80 - 90 - Carbon gras ò bituminós75 - 90 - Flamejant70 - 80 - Lignit50 - 60< Torba< 50+ Comparason dau poder calorific superior (PCS) de l'antracita, de quatre tipes de carbon de tèrra, dau lignit e de la torba.
Lo petròli
Lo petròli es una ròca liquida de color sorna. Coma per lo carbon, divèrsei qualitats son estadas definidas en foncion de sa densitat a 60°F. Aquela valor es convertida en gra API : lei petròlis amb una densitat inferiora a 10°API son considerats coma fòrça pesucs. Tènon una proporcion importanta de betums e d'òlis pesucas. lei bruts situats entre 10°API e 22,3°API son considerats coma pesucs. Son caracterizats per de concentracions autas de betums, de compausats aromatics e naftalenics e de compausats contenent d'atòms d'azòt, d'oxigèn ò de sofre. lei petròlis entre 22,3°API e 31,1°API son dichs mejans. Permet de produrre de carburants de qualitat bòna dins leis installacions de cracatge. lei bruts amb una densitat superiora a 31,1°API fòrman lei petròlis leugiers. Son fòrça recercats car permèton de produrre aisament de carburants (esséncia, querosèn, gasòli) que son lei fraccions pus rendablas.
La natura deis idrocarburs constituïssent lo petròli (parafinics, naftalenics, aromatics) son tanben utilizadas per destriar lei bruts entre elei. La concentracion de sofre es egalament una proprietat importanta car constrenh lei procès de rafinatge. De mai, amb l'adopcion creissenta de nòrmas antipollucion pus estrictas, lo taus de sofre autorizat dins lei carburants es regularament abaissat.
L'industria petroliera apareguèt dins lo corrent dau sègle XIX mai son desvolopament se debanèt subretot durant lo sègle XX. Uei, es una matèria premiera indispensabla au foncionament de la societat modèrna. D'efiech, es utilizat per la produccion de carburants, de produchs quimics (solvents, cosmetics, medicaments, produchs alimentaris...), d'engrais e la màger part dei materiaus plastics(en) P.G. Levi e J.M. Cullen, Mapping global flows of chemicals: From fossil fuel feedstocks to chemical products, Environmental Science and Technology, Vol. 52/4, 2018, pp. 1725-1734..
Lo gas naturau
Lo gas naturau es una mescla d'idrocarburs gasós principalament compausada de metan, d'autreis idrocarburs (propan, butan, idrocarburs superiors...), de dioxid de carbòni, de compausats sofrats (especialament l'idrogèn sulfurós) e de compausats azotats. Segon son origina, sa composicion e la natura de son jaciment, se destrian plusors diferents de gas naturau : lo gas naturau non associat designa la forma pus esplechada. « Non-associat » significa qu'es pas associat amb un jaciment de petròli. Es generalament format d'idrocarburs anant dau metan (CH4) a l'eptan (C7H16), de dioxid de carbòni, d'idrogèn sulfurós e de diazòt. En certanei jaciments, s'observan tanben de quantitats pichonas d'èli, d'argon, de mercuri e de plomb. lo gas associat es present en solucion dins lo petròli. Fins a son utilizacion coma fònt d'energia, èra cremat car aviá ges d'interès. Uei, es generalament separat e tornar injectar dins lo jaciment per i mantenir la pression e maximizar la produccion de petròli. lo gas biogenic es eissit de la fermentacion de sediments organics. Coma la torba, es un combustible fossil que son cicle de formacion es relativament rapide. Pasmens, se lei jaciments biogenics representan au mens 20% dei resèrvas coneguts de gas naturau, son pichons e dispersats. De mai, contènon de quantitats importantas de dioxid de carbòni que limitan sa valor marchanda.